KALSIUM SILIKAT: SIFAT, STRUKTUR, PEMEROLEHAN, KEGUNAAN - KIMIA - 2026

The kalsium silikat adalah nama yang diberikan kepada sekumpulan bahan kimia yang terbentuk daripada kalsium oksida (CaO) dan silika (SiO ₂ ). Formula umum sebatian ini adalah xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O.

Mereka adalah pepejal putih atau kekuningan. Mereka boleh menjadi anhidrat, iaitu, tanpa air (H ₂ O) dalam strukturnya, atau mereka boleh menampungnya. Mereka adalah sebahagian daripada beberapa jenis mineral di alam semula jadi.

Mineral kalsium silikat. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Domain awam. Sumber: Wikimedia Commons.

Kalsium silikat tidak larut dalam air tetapi ketika bergabung dengannya membentuk gel terhidrat (bahan seperti gelatin) yang, setelah menggelembung, sangat keras, tahan dan hampir kalis air.

Hal ini menyebabkan penggunaannya dalam industri konstruksi, karena digunakan dalam semen, batu bata dan panel penebat kelembapan. Mereka juga merupakan bagian dari bahan untuk menyembuhkan perforasi pada gigi dan bahkan telah dipelajari untuk digunakan dalam regenerasi tulang, yaitu sebagai biomaterial.

Mereka telah diusulkan untuk mengurangi pencemaran yang dihasilkan oleh beberapa industri metalurgi. Mereka juga digunakan sebagai penjana geseran pada brek kenderaan dan kopling.

Struktur

Kalsium silikat boleh mengandungi sejumlah besar kalsium oksida (CaO) dan silika (SiO ₂ ). Formula amnya adalah:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

di mana x, y, dan z adalah nombor yang boleh mempunyai pelbagai nilai.

Jumlah CaO mestilah antara 3% dan 35% (berat berdasarkan kering) dan kandungan SiO ₂ mestilah antara 50-95% (berat berdasarkan kering). Mereka boleh menjadi anhidrat (tanpa air dalam strukturnya, yaitu z = 0 dalam formula) atau mereka boleh terhidrat (dengan air adalah penyesuaiannya).

Tatanama

• Kalsium silikat
• Garam kalsium asid silikat
• Kalsium oksida dan silikon

Hartanah

Keadaan fizikal

Pepejal putih atau putih yang sangat halus.

Berat molekul

Kalsium meta- silikat CaO • SiO ₂ atau CaSiO ₃ = 116.16 g / mol

Takat lebur

Calcium Metasilicate CaSiO ₃ = 1540 ° C

Ketumpatan

Calcium Metasilicate CaSiO ₃ = 2.92 g / cc

Keterlarutan

Tidak larut dalam air dan etanol.

pH

Lumpur yang disiapkan dengan kalsium silikat 5% boleh mempunyai pH 8.4-12.5.

Harta lain

Kalsium silikat boleh terhidrat (dengan air dalam molekul) atau anhidrat (tanpa air dalam molekul) dengan pelbagai bahagian kalsium dalam bentuk kalsium oksida CaO dan silika dalam bentuk silika dioksida SiO ₂ .

Ia mempunyai daya serap air yang tinggi. Kalsium metasilat (CaO • SiO ₂ atau CaSiO ₃ ) menonjolkan kehebatan dan keputihannya, kelembapan rendah, kandungan mudah turun naik dan penyerapan minyak yang baik.

Metililikat kalsium CaSiO ₃ . Ondřej Mangl / Domain awam. Sumber: Wikimedia Commons.

Di antara kalsium silikat hidrat, yang terbentuk dengan menambahkan air ke Ca ₂ SiO ₅ dan Ca ₃ SiO ₅ dibezakan . Produk penghidratan kedua sebatian ini paling banyak terdapat pada jenis simen tertentu.

Mendapatkan

Kalsium silikat dibuat dengan pelbagai cara dengan bertindak balas bahan siliceous (seperti diatomaceous earth) dan sebatian kalsium (seperti kalsium hidroksida (Ca (OH) ₂ ).

Kalsium silikat dapat dibuat contohnya dengan mengalsium kalsium oksida (CaO) dengan silika (SiO ₂ ) pada suhu tinggi.

Apabila tindak balas dijalankan pada nisbah molar 1: 1 (ini bermaksud bahawa terdapat bilangan molekul CaO yang sama dengan SiO ₂ ), hasil kalsium metililikat CaSiO ₃ atau CaO • SiO ₂ :

CaO + SiO ₂ + haba → CaSiO ₃

Permohonan

Dalam mendapatkan batu bata

Dengan unit kalsium silikat atau batu bata untuk pembinaan dibuat. Mereka diperoleh dengan bahan silikon halus dan kapur cepat atau terhidrat. Pigmen inert dapat ditambahkan untuk memberi warna yang berbeza pada bata.

Unit dibentuk di bawah tekanan dan disembuhkan dalam autoklaf (ketuhar wap) pada suhu 170 ° C selama 4-6 jam. Semasa menyembuhkan sebilangan kapur bertindak balas dengan bahan siliceous untuk membentuk kalsium silikat hidrat, yang menyatukan bata.

Batu bata silikat kalsium. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Walau bagaimanapun, batu bata kalsium silikat cenderung mengembang dan mengecil lebih banyak daripada batu bata tanah liat, yang kadang-kadang boleh menyebabkan keretakan batu.

Ini telah menarik perhatian dan mereka dianggap berpotensi berbahaya.

Di simen Portland

Kalsium silikat adalah sebahagian daripada simen Portland, yang merupakan bahan yang banyak digunakan dalam industri pembinaan.

Portland simen adalah simen hidraulik yang dihasilkan oleh bahan penghancur yang terbentuk terutamanya dari kalsium silikat terhidrat dan kalsium sulfat CaSO ₄ (gipsum).

Permukaan dengan simen. Simen mengandungi kalsium silikat dalam komposisinya. Pengarang: Pexels. Sumber: Pixabay.

Ia mengeras dengan cepat kerana reaksi penghidratan yang menghasilkan gel silikat kalsium terhidrat. Ini menghasilkan bahan yang kuat, padat dan tidak telap (yang tidak membiarkan air masuk).

Silikat yang terkandung di dalamnya adalah tricalcium silikat Ca ₃ SiO ₅ atau 3CaO.SiO ₂ dan dicalcium silicate Ca ₂ SiO ₄ atau 2CaO.SiO ₂ .

Untuk melumpuhkan sampah radioaktif

Kalsium silikat dalam simen boleh berbeza mengikut peratusannya mengikut berat. Komposisi simen Portland boleh berubah bergantung pada jenis struktur pembinaan yang dimaksudkan.

Beberapa jenis simen ini digunakan untuk melumpuhkan sisa radioaktif agar tidak mendatangkan bahaya kepada orang atau persekitaran.

Sebagai penebat bangunan

Kalsium silikat digunakan untuk mendapatkan papan busa mineral atau papan mineral penebat.

Kepingan silikat kalsium. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Ini berfungsi untuk melindungi dinding dari kelembapan. CaO dan SiO ₂ dicampurkan dengan air dan 3-6% selulosa ditambahkan, yang meningkatkan fleksibiliti dan kestabilan tepi.

Enapcemar yang dihasilkan dicurahkan ke dalam acuan dan kemudian dipanaskan dengan wap pada tekanan tinggi dan suhu dalam ketuhar wap khas yang disebut autoklaf.

Hasilnya adalah busa yang keras dan berpori halus yang dipotong menjadi kepingan atau papan dan dirawat dengan bahan tambahan khas sehingga dapat mengusir air.

Buih silikat kalsium digunakan di sektor pembinaan, terutama untuk melindungi dinding dan meningkatkan perlindungan terhadap kelembapan, yang berguna terutama dalam pengubahsuaian bangunan lama.

Untuk mengurangkan pencemaran dalam industri metalurgi

Dicalcium silicate Ca ₂ SiO ₄ atau 2CaO.SiO _{2 yang} terdapat dalam sanga atau sisa dari pengeluaran keluli telah digunakan untuk memendapkan logam terlarut dalam efluen asid dari proses metalurgi lain.

Pemendakan bermaksud bahawa logam terlarut menjadi sebahagian daripada sebatian pepejal yang menuju ke bahagian bawah bekas dan dapat dikumpulkan.

Sebilangan sisa dari industri keluli mempunyai kalsium silikat yang berguna untuk mendakan logam dari larutan berasid. Pengarang: Skeeze. Sumber: Pixabay.

Ca ₂ SiO _{4 yang} terdapat dalam sanga keluli bertindak balas dengan air dan menghasilkan Ca (OH) _2, yang mempunyai keupayaan untuk meneutralkan keasidan larutan asid logam dari proses lain:

2 Ca ₂ SiO ₄ + 4 H ₂ O → 3CaO. 2SiO ₂ .3H ₂ O + Ca (OH) ₂

Selain meneutralkan, sebatian kalsium silikat dapat menyerap sebahagian ion logam M ²⁺ dengan pertukaran dengan ion kalsium Ca ²⁺ . Berikut adalah garis besar:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Sebatian pepejal yang mengandungi logam kemudian boleh digunakan untuk tujuan lain dan tidak dibuang. Ini adalah contoh ekologi industri.

Dalam biomaterial

Keramik kalsium silikat mula diuji sebagai biomaterial sejak tahun 1990. Mereka telah dikaji untuk potensi penggunaannya dalam regenerasi tisu tulang kerana mereka mempunyai bioaktiviti yang unggul daripada bahan lain.

Ini disebabkan oleh fakta bahawa mereka memiliki silikon (Si), yang memainkan peranan penting dalam mekanisme yang menyebabkan pembentukan tulang baru.

Simen berasaskan kalsium silikat mempunyai kemampuan untuk mendorong pembentukan lapisan kalsium fosfat / apatit ketika direndam dalam biologi cecair dan mendorong pertumbuhan semula tisu.

Kalsium silikat dapat berfungsi sebagai asas untuk biomaterial yang memungkinkan untuk memperbaiki tulang. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Atas sebab-sebab ini ia dianggap sebagai bahan yang sesuai untuk pembaikan tulang.

Dalam biodentin

Kalsium silikat adalah sebahagian daripada biodentin. Ini adalah bahan yang digunakan untuk memperbaiki perforasi gigi, penyerapan tulang dan sebagai pengisian pada hujung akar gigi.

Biodentin adalah simen bioaktif keliangan rendah yang mempunyai kekuatan atau kekerasan mekanikal yang lebih besar daripada bahan lain dan serupa dengan dentin.

Kalsium silikat adalah sebahagian daripada bahan yang digunakan untuk menutup perforasi pada gigi. Jak / Domain awam. Sumber: Wikimedia Commons.

Bahan ini terdiri dari silikat tricalcium (Ca ₃ SiO ₅ ), silikat dicalcium (Ca ₂ SiO ₅ ), kalsium karbonat (CaCO ₃ ) dan zirkonium oksida. Apabila dicampurkan dengan air, kalsium silikat membentuk gel terhidrat yang melekit yang padat setelah seketika mewujudkan struktur keras.

Ia memberikan kesan positif pada sel pulpa gigi dan mempercepat pembentukan jambatan di dentin, di mana kekuatan ikatannya, ketahanan mikro dan ketahanan terhadap mampatan menonjol.

Tiub dengan kalsium silikat untuk menyembuhkan gigi. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Aplikasi lain

Kalsium silikat juga digunakan sebagai agen anti-caking dan alat penapis.

CaSiO ₃ kalsium metasilicate digunakan dalam seramik, pada alat yang memerlukan beberapa geseran, seperti brek kenderaan dan cengkeraman, dan dalam mendapatkan logam.

Kerana kecerahan dan keputihannya yang tinggi, CaSiO ₃ digunakan untuk mengisi cat dan plastik.

Rujukan

1. Ropp, RC (2013). Kumpulan 14 (C, Si, Ge, Sn, dan Pb) Sebatian Bumi Beralkali. Kalsium Silikat. Dalam Ensiklopedia Sebatian Bumi Beralkali. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
2. FAO (2015). Kalsium Silikat. Spesifikasi disiapkan pada JECFA ^ke- 80 (2015) dan Monograf FAO JECFA yang diterbitkan pada 17. Dipulihkan dari fao.org.
3. Harrisson, AM (2019). Perlembagaan dan Spesifikasi Simen Portland. Kalsium Silikat Hidrat. Dalam Lea's Chemistry of Cement and Concrete (Edisi Kelima). Dipulihkan dari sciencedirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Bahan mineral bukan organik untuk penebat di bangunan. Buih silikat dan busa mineral. Dalam Bahan untuk Kecekapan Tenaga dan Keselesaan Termal di Bangunan. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. et al. (2016). Mencirikan tingkah laku degradasi perancah bioceramic. Perancah apatite / wollastonite. Dalam Pencirian dan Rekabentuk Perancah Tisu. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
6. Rani, P. et al. (2019). Nanokomposit yang menutup pulpa gigi. Biodentin. Dalam Aplikasi Bahan Nanokomposit dalam Pergigian. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
7. Ingham, JP (2013). Produk konkrit. Unit kalsium silikat. Dalam Geomaterials Di Bawah Mikroskop. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
8. Ojovan, MI dan Lee, WE (2005). Imobilisasi Sisa Radioaktif di Semen. Simen Hidraulik. Dalam Pengenalan Imobilisasi Sisa Nuklear. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Pemulihan dan Kitar Semula Sumber dari Buangan Metalurgi. Kalsium Silikat sebagai Pemendapan bagi Logam Larut. Dalam Siri Pengurusan Sisa. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
10. Prati, C. dan Gandolfi, MG (2015). Simen bioaktif silikat kalsium: Perspektif biologi dan aplikasi klinikal. Dent Mater, 2015 Apr; 31 (4): 351-70. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.